18756 - BIOLOGIA DELLO SVILUPPO DELLE PIANTE

Scheda insegnamento

  • Docente Stefania Biondi

  • Crediti formativi 6

  • SSD BIO/01

  • Modalità di erogazione In presenza (Convenzionale)

  • Lingua di insegnamento Italiano

  • Orario delle lezioni dal 16/10/2017 al 30/01/2018

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso lo studente possiede conoscenze approfondite, soprattutto a livello molecolare, della citologia vegetale e dei meccanismi di controllo alla base dello sviluppo (embrionale, caulinare, radicale e fiorale) e del differenziamento nelle Angiosperme. Lo studente conoscerà le principali metodologie utilizzate per lo studio di tali aspetti della biologia vegetale. Lo studente è pertanto in grado di analizzare e discutere con padronanza argomenti che riguardano la biologia vegetale, e di valutare in modo critico la letteratura scientifica recente relativa agli argomenti trattati.

Programma/Contenuti

Introduzione agli obiettivi dello studio della biologia vegetale. Riassunto delle tecniche classiche (microscopia, microchirurgia, trattamenti con sostanze o fattori esogeni) per lo studio della biologia vegetale. Le piante modello (Arabidopsis, tabacco, Zinnia, Antirrhinum, ecc).

Le metodologie avanzate per lo studio della biologia vegetale: mutanti (carenti, iperproducenti o insensibili ai fitormoni; dello sviluppo), chimere, RNA interference, trasformazione genetica (sovra-espressione, espressione ectopica e strategia antisenso). Metodi per la trasformazione genetica: “floral dip”, bombardamento (“particle gun”) e Agrobacterium come vettore nel trasferimento di geni estranei; uso di piante transgeniche nella ricerca di base. Uso della fluorescenza (Green Fluorescent Protein), dell’ibridazione in situ e dei geni reporter (il saggio GUS). Le colture in vitro: metodi e applicazioni.

Il ciclo cellulare: fattori che controllano la progressione del ciclo (CDK, cicline), fattori interni (sviluppo) ed esterni (stress biotici e abiotici) che influenzano il ciclo cellulare. L’endoreduplicazione e l’informazione posizionale nel differenziamento (l’esempio dei tricomi fogliari). I plasmodesmi :struttura e funzioni nella comunicazione intercellulare.

Parete cellulare: importanza per l’Uomo e funzioni nelle piante. Composizione chimica della parete primaria: i polisaccaridi. Parete e citoscheletro. Composizione chimica della parete primaria; proteine strutturali, enzimatiche e di segnalazione; estensine e ormoni vegetali; estensine e morfogenesi; i legami incrociati; parete e distensione cellulare; parete secondaria : i diversi tipi cellulari; composizione chimica (lignina, cutina, ecc); differenziamento delle tracheidi (modello in vitro)

Morte cellulare programmata : esempi nel differenziamento cellulare, lo sviluppo e la patogenesi. Ruolo del vacuolo litico e dei fitormoni

Citoscheletro nella cellula vegetale: struttura (microtubuli, microfilamenti, proteine motrici; banda preprofasica, fragmoplasto, microtubuli corticali) e funzioni (divisione cellulare, citodieresi, parete, crescita apicale). Metodi di rilevamento delle concentrazioni cellulari di calcio (calcium imaging, cellule trasformate con aequorina).

Crescita apicale del tubetto pollinico: il ruolo del citoscheletro, del traffico di vescicole e del gradiente di calcio; la via di segnalazione (GTPasi). Gli stomi: controllo genico del differenziamento e della localizzazione; cascata di segnali che portano ai cambiamenti di turgore delle cellule di guardia.

Gli ormoni vegetali : generalità (categorie, funzioni, specificità, diversa sensibilità dei tessuti, metodologie di studio). Percezione e trasduzione del segnale ormonale: recettori, sistemi a uno/due componenti, proteine G, MAP chinasi, segnalazione mediata da endosomi, “calcium signature”, chinasi calcio-dipendenti. L’acido abscissico e le cellule di guardia degli stomi: la cascata di segnalazione (recettori, protein chinasi e fosfatasi, calcio, traffico di vescicole, citoscheletro, specie reattive dell’ossigeno), l’espressione genica, il controllo epigenetico e l’interazione con altri ormoni. Citochinine e ciclo cellulare; brassinosteroidi; strigolattoni.

Introduzione allo sviluppo delle piante (coordinamento, fattori ambientali, autonomia delle singole parti,crescita indefinita, totipotenza). I meristemi : tipi (primari, secondari, meristemoidi, avventizi), localizzazione, funzione, zonazione e identità cellulare (cellule staminali, iniziali e derivate), informazione posizionale (nicchia delle cellule staminali), controllo trascrizionale. Embriogenesi : stadi embrionali, orientamento delle divisioni cellulari, fattori che regolano la polarità apice-base e quella radiale (auxina), mutanti dello sviluppo embrionale, controllo genico (Auxin Response Factors e Aux/IAA, SHOOT MERISTEMLESS, ecc.). Apomissia ed embriogenesi somatica in vitro (controllo genico, dialogo molecolare). L’apice caulinare : funzioni e organizzazione in zone (tunica/corpus, zona centrale/zona periferica) a livello citologico e d’espressione genica, il controllo genico (geni WUS, CLV, STM, ecc) nel funzionamento del meristema apicale del germoglio; l’organogenesi, la fillotassi e il ruolo dell’auxina e dei trasportatori PIN; lo sviluppo della foglia (simmetria dorso-ventrale e apice-base). La radice. il meristema apicale e il ruolo del centro quiescente; l’informazione posizionale e il controllo genico nel differenziamento dei peli radicali; l’organizzazione (simmetria radiale) e i mutanti dello sviluppo (scarecrow, short-root, monopteros, bodenlos, ecc); gli ormoni (auxina, citochinine) nello sviluppo dell’apparato radicale (radici laterali) e nella rizogenesi in vitro. La transizione fiorale e lo sviluppo del fiore (controllo genico e modello ABC).

Testi/Bibliografia

Altamura, Biondi, Colombo, Guzzo – Elementi di Biologia dello Sviluppo delle Piante (EdiSES)

Buchanan et al. - Biochimica e Biologia Molecolare delle Piante (Zanichelli)

Davies P.J. – Plant Hormones. Biosynthesis, Signal Transduction, Action (Kluwer Acad. Publishers).

Pasqua et al – Biologia Cellulare e Biotecnologie Vegetali (Piccin)

Smith et al – Biologia delle Piante: Evoluzione, Sviluppo, Metabolismo (Zanichelli)

Metodi didattici

lezioni frontali con presentazioni in Power Point

Modalità di verifica dell'apprendimento

relazione scritta su un articolo scientifico e colloquio

Strumenti a supporto della didattica

diapositive in Power Point

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Stefania Biondi